ndly01兄把对多媒体声卡的改造进行到了一个非常高的层次,类似的尝试可以说是“前无古人”的。在完成改造之后,ndly01兄把整个过程以及自己的改造理念写了下来,成就了这篇文章。其中许多理念是很多多媒体发烧友值得借鉴的,也有很多值得深入探讨、交流的问题,希望这篇文章能够带给大家惊喜。
其实很早以前就有了这个改造的想法,只是由于自己骨懒筋松,直到突然莫明地涌起勃勃兴致才得以投入的实施。其实这个改造就是我对一直以来带着的一个疑问:“对声卡的模拟输出电路做合理的改动,可不可以提高声卡的声音输出质量?”的尝试试验,说起来也算是一次另类的声卡改造,足可以给有动手能力的DIYer们一定的启发灵感。由于对PC数字音频方面是个菜鸟,所以文字组织中难免会有一定的错漏。
一、乱谈
怎样才能使电脑放出美丽动人的声音?(这里我只谈及硬盘里音频文件的回放,什么音频编辑、采集一类的均不理会。)说到这个问题,综合本人在各网站和论坛里所见所闻,无外乎就是这几种说法:
1.使用最新的、口碑好的软件(驱动程序,播放器); 2.使用专业级或高素质的声卡; 3.声卡SPDIF OUT+外置解码器输出。
对于第一点,也就是软件方面,选择一款好的播放器和最新的驱动程序应该来说是最基本的要求,说白了,如同讲废话,傻瓜才会不这样干。第二点,专业级声卡对于普通用户来说绝对是敬而远之的东西,光是见到价格就要晕倒,谈它不大现实;高素质声卡,这个高素质的范畴宽的很,做工用料好、功能特色多、带有24bit/96KHz的音频输出等等。第三点,外置解码器,且不说功能如何,目前市场上的产品价格低的也在700多元,素质嘛,只能说是一般般,如果拿来发烧一些的外置解码器(想必也得花上个RMB 1XXX或2XXX),不配合1XXX以上的声卡又怎对得起它呢…不想谈下去了,毕竟能在大众之中普及的还是中价位以下的民用级声卡,拿这些声卡来配外置解码器的人少之极少。但如果囊中羞涩的我们,能在这些声卡上进行一些合乎理论的硬件改造,其价值性和启发性都是巨大的,所以也出现了有动手能力的网友给声卡进行替换耦合电容甚至运放的“壮举”。
二、关于改造可行性的分析
这里首先引入一个音频文件的播放流程图:
 图1、音频文件的播放流程图
硬盘里的音频文件(.wav、.mp3等)通过数据接口引入声卡处理,再把处理后的音频信号输出到多媒体音箱放音。在整个过程中,我这里需要揣摩的只是声卡处理这一个模块。由于主芯片处理能力和CODEC的D/A转换精度、性能已是固定规格了的硬体,要在硬件方面对它们做手脚提高性能是绝对不可能的了。再看看CODEC后面的模块——运放组成的模拟线路输出,其作用是:数字音频信号由CODEC进行数字/模拟(D/A)转换后,得到模拟音频信号,信号经运算放大电路进行电压放大或缓冲后,得到足够大的信号电压以及足够低的输出阻抗,去很好的驱动和匹配多媒体音箱的功放电路。
个人认为大多数声卡的CODEC或集成数字模拟转换器(DAC)的主芯片在D/A转换电路之后都已经集成有电压放大单元在内,使得输出的音频信号电平已经有一定的幅度。这个信号电平值的关联性,这里说一下(但愿没有分析错),比如,音频信号电平值为0.5V时(虽没有仪器测量,但个人猜测一般的声卡主芯片或CODEC的输出都能达到这个幅度;这个数值指有效值,因为音乐信号是变化着的交流电压,对于交流电压,如不特别注明,一般标出的数值都指有效值),设功率放大器的增益为30倍(这个增益简单的来理解就是指整个功放电路闭环后所能对输入信号电压进行放大的值,由于功放电路电源电压大小限制着输出功率以及从电路的开环增益的大小考虑,一般在产品设计时都取20—30倍之间为多),经放大后的电压为0.5x30倍=15V,这个15V的电压能在8欧姆的负载(这里指音箱中的喇叭,典型的阻抗为8欧姆)上产生多少功率,根据换算公式P=U2/R=152/8=28.125W,会得到28W的有效功率(这还是理想状态下的计算),对于市面上绝大多数多媒体音箱的功放电路(处于成本的缘故,一般都采用大功率集成功放块来进行放大,特别是能采用到LM1875这个有25W功率输出的经典集成块相对于廉价的多媒体音箱市场来讲已属难能可贵,惠威的M-200就是用的LM1875)来说,这个0.5V的电平足以使这些电路输出到满功率状态(顺便说一声,LM1875在输出25W时的总谐波失真(THD)已是严重之极),这个功率伺候那些单薄的喇叭单元也是绰绰有余了,这个我想也是为什么有些声卡上没有使用运放的原因。声卡是拿来满足用户的,所以一些对音质要求稍高的用户会选择无源音箱+功放的配置来进行音频回放,力求最大限度的还原音乐,甚至还有使用监听音箱的发烧者。象本人就拥有一对短歌行的“朝露”无源音箱,由于是5寸的喇叭单元,灵敏度低达86.5db,这是小口径喇叭的特点,灵敏度越低,在输出同等声压级的音乐时需要的推动功率就越大,一个灵敏度88db的单元要达到一个91db的单元发出的声压等级,那么它所需的功率就比这个91db的单元多一倍,这也是为什么小口径单元的音箱难推的原因。关于朝露音箱的资料特点,大家可以参考短歌行的文章,之前站长云飞曾经有使用自己设计的子矜功放模块去推朝露的试验,结果呢:乱、散!,20W的功率相对于朝露可谓小马拉大车,若是没有50W的功率,看来难以发挥朝露的优秀性能的。再试想一下,若是前面假设的那个0.5V音频电平从功放出来的28W声功率来推朝露这一类的灵敏度的音箱,结果可想而知,一定不是你期待的结果。
在此种情况下,使用运放做一定量的电压放大的重要性就显得尤为必要了,而运放又同时存在一个特点,输入阻抗高,输出阻抗低,可以使电路前后取得合适的匹配,以减小放大器的工作负担。所以,对于一些没有运放电路的声卡,加入运放放大输出电路以提高音频输出驱动能力的可行性非常之高,而对于已经使用了运放电路的声卡,是否还有必要去做改动呢?在此,我不得不从一个发烧者的角度去看问题了:运算放大器的放大电路,可以说就是一个前级电路,它起着电平放大,阻抗匹配的作用,而发烧级音频运放的种类、型号又是多不胜数,性能指标各有不同,同一个电路,换上不同的运放,音箱里出来的音乐声就是有可闻的区别(不用怀疑,这一点已经有千千万万的发烧友尝试和认可了),真可谓酸甜苦辣,各有味道,也正因如此,以NE5532为首的四大运放享誉土炮界,给发烧友带来了充实的乐趣。可以肯定的说,运放对音色具有一定的调味作用,特别是一些指标素质高的运放,对于电路来说更是如虎添翼,甚至可以使频响、失真度、信噪比方面较原来有改善。由此,对于已有运放电路的声卡,对其运放电路进行改造、改进使其音质提高也不是不可能的,关键在于怎样改,改后音质的变化是否可以达到耳朵可闻的程度。
三、计划方案
1.我的声卡
首先先得剖析一下手上的声卡,了解它的一些相关电路,才能找出合适的下手之处和方案。(下面的图文很多,说得很细,主要是为了使对电子电路方面了解薄弱朋友尽量能看得明白,其实在这次改造试验中我最高兴的还是能对这块当年的超级声卡的部分电路进行了较详细的剖析,让我对声卡有了进一步的了解)。我的声卡是创新AWE64 GOLD,这个东西,可谓当年ISA声卡的顶级之作,无论功能、做工、和指标在当时都无卡能敌,要不当时也不会是天价高售了(呵,我可不是喜欢玩声卡之人,这张卡是二手买来的,极便宜,本意就是随便玩玩罢了)。其官方指标如下:
●CD品质16bit/44KHz的模拟音频输出; ●输出电平:2Vrms; ●信噪比:85db; ●总谐波失真+噪声(THD+N):0.005%; ●频响:15Hz----50KHz(+0/-1db)
光看这些指标都是令人咋舌的(除了那个信噪比以外),不过经过在网络上查找资料的过程中,看到一些网站(包括国外)有对AWE64G的一些实测数据,都跟创新给出的有较大出入:信噪比都达不到85db,低的有测到78db,稍好的是82db;频响在20Hz----20KHZ内能保持在(+0/-1db);THD+N只有这个指标创新讲了实话。就从16bit/44KHz、频响和THD+N这三项指标来看(这跟早几年前的国产CD机的指标已是同一水品了),AWE64G的模拟输出在当时称霸也是理所当然的,这也给我的改造计划带来了一层阴影----在如此的声卡上动手脚,真的会有效果吗?先让大家看看AWE64G的全貌图:
 图2、Sound Blaster AWE 64 GOLD
这张图片是在短歌行图库里找来的,因为自己相机不大好,拍出来的不够清晰,所以就引用了此图,在后面所提供的没有特别说明的照片均为本人所拍。曾经为找此卡的资料花了好长的时间,但得到的信息却是九牛一毛,给改造计划带来极大难度,创新用于声卡上的自产芯片一般都命名为CTXXX,AWE64G上一共用到了5块,分别为:CT8903-DAQ;CT1745A—SCP;CT1703-A;CT8908-OAT;CT1972。但搜遍整个网络却没有发现各个芯片的data sheet文件,看来创新没有对其进行公布,不过还好,茫茫网海中还是被我挖出了一些有用的资料(真的找得好辛苦),最有价值的是这张在日本站点中找到的(原大小,有些字母因从可见度方面考虑已稍做处理过):
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